在酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）中，多磷酸盐的积累受到锌（Zinc）和肌醇（Inositol）的影响

《Yeast》：Polyphosphate Accumulation Is Determined by Zinc and Inositol in Saccharomyces cerevisiae

酿酒酵母聚磷酸盐（polyP）积累受锌和肌醇调控，锌通过激活PHO通路促进积累，肌醇作用机制不明，并验证了多菌株适用性及培养基优化。

　　聚磷酸盐（polyP）是一种由磷酸盐（Pi/PO?3?）通过磷酸酐键连接而成的线性聚合物，其链长可从2个到数千个磷酸盐单元不等。这种物质在生物学和工业应用中具有广泛的价值，包括作为能量储存和磷酸盐储存的介质、细胞应激反应的调节因子以及膜运输的辅助物质。在人类和动物体内，它还参与了生物矿化和血液凝固等过程。由于其独特的理化性质，如可生物降解、不易燃、无毒等，polyP在肥料、阻燃剂和食品添加剂等领域具有应用潜力。此外，polyP的某些特性，如pH缓冲能力和阳离子络合能力，对工业用途具有重要意义。

当前，polyP的化学合成方法虽然技术成熟，但存在高能耗和依赖化石资源的问题，且在大规模生产中受到链长限制。因此，寻找可持续的生物生产方法成为研究重点。早在20世纪60年代，人们就发现某些生物体如藻类和酵母能够在特定条件下选择性吸收Pi，并将其聚合为细胞内的polyP。这一过程被称为polyP超积累，近年来在微生物研究中得到了广泛关注。然而，尽管polyP在工业上有重要价值，关于如何生产富含polyP的生物材料或纯化的生物合成polyP（bio-polyP）的尝试仍然较少。

酵母，特别是酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae），因其安全性（被认定为GRAS）、易于培养以及工业上已有酵母提取物的生产经验，被认为是polyP生物合成的潜在宿主。研究表明，通过Pi饥饿和随后的Pi喂养策略，可以实现高达28%（w/w）的polyP含量。这种策略不仅在实验室中得到了验证，还被应用于工业废料或植物残渣作为Pi来源的实验中，显示出良好的可行性。此外，先前的研究表明，在Pi饥饿阶段添加微量元素和维生素可以显著提高polyP产量，但具体哪些成分起关键作用尚未明确。

本研究旨在确定微量元素和维生素中对polyP产量有显著影响的个体成分。通过系统地去除和添加特定成分，研究团队发现锌（Zn）和肌醇（inositol）是影响polyP超积累的关键因素。锌通过激活磷酸盐响应信号传导（PHO）通路，直接促进了polyP的积累。而肌醇虽然不直接影响PHO通路，但其在polyP超积累中的作用仍需进一步研究。研究还表明，这两种成分对酵母的能量代谢具有积极影响，可能通过调节细胞内的能量平衡，促进细胞在Pi饥饿条件下的适应性。

为了验证这些发现，研究团队在多种实验室和工业酵母菌株中进行了实验，包括CEN.PK WT、VH2.200和Ethanol Red。实验结果显示，锌和肌醇在不同菌株中均能显著提升polyP产量，但最佳浓度因菌株而异。例如，在VH2.200中，锌和肌醇的浓度分别为12.6 mg/L和25 mg/L时，polyP含量达到最高；而在Ethanol Red中，肌醇对polyP产量的影响较小，但锌的浓度仍至关重要。这些结果不仅验证了锌和肌醇的有益作用，也为优化生物polyP生产提供了理论依据。

为了进一步理解锌和肌醇的作用机制，研究团队使用了带有GFP报告基因的工程菌株（CEN.PK pPrPho5-sfGFP），以监测PHO通路的激活情况。结果显示，锌的添加显著增强了PHO通路的活性，而肌醇则未对PHO通路产生直接影响。这表明锌在细胞对Pi饥饿的响应中起着直接作用，而肌醇可能通过其他途径，如调节磷脂合成、细胞应激反应或能量代谢，间接促进polyP的积累。此外，研究还发现，在Pi饥饿条件下，肌醇的添加并未对polyP的积累产生直接作用，但其在后续的喂养阶段可能对polyP的合成起到辅助作用。

实验还涉及了氧气转移率（OTR）和二氧化碳转移率（CTR）的测定，以评估酵母在Pi饥饿条件下的代谢活性。结果表明，锌和肌醇的添加显著提高了CTR，这可能与酵母的发酵活性增强有关。同时，研究团队发现，这些成分的添加有助于提高细胞的生物量和乙醇产量，从而优化了整个发酵过程的能量利用效率。

本研究不仅揭示了锌和肌醇在polyP生物合成中的关键作用，还为未来的生物技术应用提供了新的思路。通过减少不必要的微量元素和维生素的使用，可以显著降低生产成本，并提高资源利用效率。此外，研究还强调了对polyP代谢机制的进一步探索的重要性，特别是在不同酵母菌株之间的差异性以及这些成分如何影响细胞内的能量平衡和信号传导。这些发现不仅有助于理解酵母的代谢调控，也为实现可持续的polyP生产提供了科学支持。

未来的研究可以进一步探索锌和肌醇的具体作用机制，尤其是在PHO通路中的分子层面影响。此外，结合代谢工程和生物过程优化技术，有望开发出更加高效的生物polyP生产系统。随着对polyP代谢网络的深入了解，生物生产方法将更有可能替代传统的化学合成，为实现循环经济和减少对化石资源的依赖提供可行方案。这一研究方向不仅具有重要的科学价值，也为工业界提供了实际应用的潜力，尤其是在食品添加剂、生物材料和环境可持续性方面。